電池膨脹變化是鋰電池?zé)崾Э厍暗闹匾锢肀碚髦?。通過對模組內(nèi)的壓力檢測,，獲得膨脹壓力變化數(shù)據(jù),，并以此建立基于壓力變化的早期預(yù)警算法，顯得尤為重要,。
為解決用戶的補(bǔ)能焦慮,，車企和電池廠商正推動充電倍率從1C-2C向4C-6C升級,，對應(yīng)的SOC 30%-80%充電時長從15min-30min縮減至5min-8min，電動汽車正在走向超級快充時代,。
11月1日,，搭載寧德時代CTP 3.0麒麟電池的全球量產(chǎn)首發(fā)車型，純電MPV極氪009正式上市,。
此次裝機(jī)的麒麟電池，采用高鎳三元材料+硅基負(fù)極的組合,，系統(tǒng)能量密度達(dá)255Wh/kg,，支持4C倍率快充。
其他動力電池企業(yè)去年至今陸續(xù)推出的代表快充產(chǎn)品包括：
中創(chuàng)新航“800V高壓平臺快充鐵鋰/三元電池”：已裝機(jī)小鵬G9車型,，其三元版電池能量密度達(dá)到250Wh/kg,，續(xù)航里程未來可突破1000km。
蜂巢能源“蜂速4C快充電芯”：最新一代產(chǎn)品容量165Ah,，能量密度大于260Wh/kg,，支持 800V平臺，預(yù)計2023年量產(chǎn),。
孚能科技“SPS解決方案”：支持 800V平臺和4C 快充,，充電 10 分鐘續(xù)航400 公里。
欣旺達(dá)“超級快充電池SFC480”：充電功率高達(dá)480kW,，同樣實現(xiàn)充電10分鐘續(xù)航超400公里,。
巨灣技研“XFC 6C超充電池”：8分鐘充電0-80% SOC，5分鐘充電30%-80% SOC,，已裝機(jī)廣汽埃安V PLUS 70車型,。
可以看出，在頭部電池企業(yè)的帶動下,，快充電池有望在2023年啟動密集裝車配套,。
然而，在消費(fèi)者的續(xù)航,、補(bǔ)能焦慮被逐步化解的同時,，安全焦慮仍然是繞不過去的“難關(guān)”。由于高能量密度與安全性之間此高彼低的“蹺蹺板”關(guān)系,，性能升級后的新一代電池為安全保障帶來的壓力也越來越大,。
電動汽車要實現(xiàn)超級快充，需要從電壓和電流兩個方向進(jìn)行提升,。400kW級快充,，對應(yīng)的充電電壓需要升至800V，峰值電流500A+,；小鵬汽車G9的480kW超充,，在800V架構(gòu)下,，峰值電流更是達(dá)到了670A。
大電流讓電池內(nèi)的鋰離子用盡可能快的速度從正極脫出,，嵌到負(fù)極的層狀結(jié)構(gòu)中,。快速充電給電池負(fù)極帶來了很大挑戰(zhàn),，如果負(fù)極來不及消化,，那么鋰離子將會在負(fù)極沉積析出，與電解液發(fā)生副反應(yīng),。
快充過程中,，電池內(nèi)部短時間內(nèi)大量升溫，將加劇上述副反應(yīng),，導(dǎo)致電池內(nèi)壓加大,。壓力達(dá)到一定程度，電池開始膨脹,，如膨脹力度超過外殼和泄壓閥（保護(hù)閥）的承受強(qiáng)度,，就會發(fā)生漏液、起火,，甚至爆炸,。
可以發(fā)現(xiàn)，上述過程中,，電池膨脹變化是鋰電池?zé)崾Э?，甚至爆炸前的重要物理表征之一?/p>
而當(dāng)下大熱的硅基負(fù)極與高鎳材料，都會加劇鋰電池的膨脹（硅材料體積膨脹率超300%,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碳材料）,。
對電池膨脹進(jìn)行實時監(jiān)測
目前，鋰電池?zé)崾Э氐念A(yù)警方向主要集中于溫度探測與氣體探測,。然而,，往往在發(fā)生冒煙之前，鋰電池就會產(chǎn)生明顯的膨脹形變,。
由于單體鋰電池膨脹會在鋰電池組內(nèi)部造成極大的壓力變化,，因此通過對模組內(nèi)的壓力檢測，獲得膨脹壓力變化數(shù)據(jù),，并以此建立基于壓力變化的早期預(yù)警算法,，便顯得尤為重要。
高工鋰電獲悉,，鈦深科技（TacSense）獨(dú)家研發(fā)生產(chǎn)的壓力分布測量系統(tǒng),，將壓力傳感器植入電池模組內(nèi)部，通過BMS獲得實時的內(nèi)部壓力數(shù)據(jù)，可有效判斷電池的老化程度及推斷內(nèi)部析鋰狀態(tài),，在產(chǎn)生安全風(fēng)險之前及時進(jìn)行預(yù)警,。
壓力分布測量系統(tǒng)由壓力薄膜感測片、壓力采集主機(jī)和采樣系統(tǒng)軟件三部分構(gòu)成,，具備以下特點(diǎn)：
超薄,、柔性、可彎折的壓力薄膜感測片,，單片最高16384個感測點(diǎn),，精準(zhǔn)測量接觸面的壓力分布狀況；
接觸壓力以2D或3D彩色壓力分布云圖的方式顯示,；
壓力分布數(shù)據(jù)實時進(jìn)行自動統(tǒng)計,，可導(dǎo)出進(jìn)行二次數(shù)據(jù)分析或開發(fā)。
兩家不同電池企業(yè)三元電芯的實時壓力變化圖像
由于采用的是超薄膜柔性感測片,，其可以加載的位置，以及與BMS芯片的走線連接方式非常靈活,，相比于以往受體積所限的壓力檢測儀器,，具備強(qiáng)大的可集成性與兼容性，可以對電芯與模組端板之間實現(xiàn)全方位,、分布式,、無死角的壓力監(jiān)測。
對于電池局部析鋰出現(xiàn)鋰枝晶的情況,，陣列分布式膨脹力檢測可以實現(xiàn)“定點(diǎn)診斷”,、“對癥下藥”，精準(zhǔn)識別和分析析鋰問題,。
在快充場景下,，壓力分布測量系統(tǒng)可根據(jù)膨脹力變化實時調(diào)節(jié)充電電流，提高充電效率的同時保障電池安全,、延長電池壽命,。
鈦深科技的思路是做電池的“觸覺表皮”，完善鋰電池的“五感器官”,，推進(jìn)電池包智能化,。
實驗室-產(chǎn)線-裝機(jī)全鏈條應(yīng)用場景
僅從熱失控檢測來概括鈦深科技壓力分布測量系統(tǒng)的功能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。作為一家專注研究力學(xué)傳感的企業(yè),，鈦深科技的目標(biāo)是將力維度監(jiān)測嵌入電芯研發(fā),、生產(chǎn)、裝車,、梯次利用的全場景,。
研發(fā)仿真
膨脹力演變曲線，可以與溫度分布、離子濃度分布,、電流電壓趨勢一同作為仿真數(shù)據(jù)報告的重要組成部分,，對正負(fù)極、電解液,、隔膜等關(guān)鍵材料的配方形成有效反饋,。
結(jié)構(gòu)方面，根據(jù)模組模型內(nèi)部的應(yīng)力分布數(shù)據(jù),，可判斷模組強(qiáng)度是否符合要求,。尤其對于刀片電池CTP/CTC等新一代集成設(shè)計，難以進(jìn)行常規(guī)的物理限制或預(yù)留膨脹間隙處理,，更需要在前期完成力維度的精準(zhǔn)仿真,。
單體電芯膨脹力測試
電池產(chǎn)線
化成工序中，如流程錯誤/處理不當(dāng),，會導(dǎo)致太多水分和雜質(zhì)進(jìn)入電芯,。使用壓力分布測量系統(tǒng)，不僅能幫助檢測端剔除不合格電池,，還能夠?qū)毫Ψ植紨?shù)據(jù)實時反饋給化成壓力機(jī)臺,，提升產(chǎn)線點(diǎn)檢效率、調(diào)機(jī)效率,、產(chǎn)品良率,。
化成工序檢測
其六通道化成測試系統(tǒng)方案可以實現(xiàn)：
同時檢測化成設(shè)備前、中,、后段共6個位置的壓力分布及壓力數(shù)據(jù),；
分區(qū)式傳感器設(shè)計，單張壓力薄膜感測片同時檢測多達(dá)20個電芯,；
抓取并統(tǒng)計電池四角及四邊壓力實現(xiàn)自動判定,，一鍵生成化成設(shè)備壓力分布測試報告。
此外,，對于熱壓貼合設(shè)備,，壓力分布測量系統(tǒng)可以替代傳統(tǒng)壓敏紙，實時檢測熱壓頭的壓力分布情況,，量化判定受壓壓力均勻度,。
對于輥壓設(shè)備，壓力分布測量系統(tǒng)可以實時測出軋輥的平行度,、同軸度,、圓柱度異常，并可以幫助進(jìn)行軋輥兩端的縫隙調(diào)節(jié)測試,。
總體而言,，目前通過電壓,、電流、溫度三個數(shù)據(jù)維度去監(jiān)控動力電池從研發(fā)到裝機(jī)的安全和健康狀態(tài)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,。不從力維度深入了解電池變化機(jī)制,，無法推進(jìn)下一代高能量密度電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
鈦深科技的壓力分布測量系統(tǒng),，已經(jīng)覆蓋了電池仿真研發(fā),，及電芯卷繞/化成、模組pack等工序檢測環(huán)節(jié),，并可滿足裝機(jī)后長期循環(huán)充放電實時監(jiān)測的場景需求,。
未來，鈦深科技還將進(jìn)一步延伸向電池后市場,，實現(xiàn)動力電池的殘值評估,，全方位改變電池研發(fā)、制造,、運(yùn)營的整體圖景,。
100%自主知識產(chǎn)權(quán)解決“卡脖子”
此前，市場上的壓力檢測核心技術(shù),，尤其是壓力傳感器幾乎均來自國外公司,，鈦深科技的壓力分布測量系統(tǒng)，則實現(xiàn)了從元器件到軟件算法100%自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化替代,。
其核心壁壘“超薄膜柔性感測片”黑科技源自于鈦深科技首席科學(xué)家在美國任教時所提出的，不同于現(xiàn)有電阻式,、電容式和壓電式的,，第四代傳感機(jī)理-界面離電觸覺傳感技術(shù)。
然而,，在新能源產(chǎn)業(yè)這條賽道上,，喪失先機(jī)的美國并沒有足夠優(yōu)良的、可供新一代鋰電池技術(shù)成長的土壤,。中國動力電池過去10多年在研發(fā)領(lǐng)域所積累的knowhow和經(jīng)驗,，所能給到的驗證環(huán)境及強(qiáng)大支撐，是國外不可能具備的,。
另一方面,，觸覺傳感技術(shù)是相關(guān)部門點(diǎn)名的29項核心“卡脖子”技術(shù)之一，迫切需要引進(jìn)先進(jìn)人才進(jìn)行突破,。
多方面因素交匯下,，創(chuàng)始團(tuán)隊認(rèn)為國內(nèi)才是加速離電觸覺傳感技術(shù)產(chǎn)業(yè)化落地的最好環(huán)境?；貒?，鈦深科技深度參與國內(nèi)電芯廠商、整車廠、測試機(jī)構(gòu)等全產(chǎn)業(yè)鏈的力維度監(jiān)測應(yīng)用場景,，于產(chǎn)測數(shù)據(jù)端積累了豐富的經(jīng)驗,。
其正式推出的全球首代第四代柔性離電觸覺傳感技術(shù)（FITS）信噪比高達(dá)4000:1，相比傳統(tǒng)壓感技術(shù)提高1-2個數(shù)量級,；受益于簡潔的結(jié)構(gòu)設(shè)計及獨(dú)家材料優(yōu)勢,，傳感器相比國外競品成本降低最多達(dá)90%；并更貼近本土的電池使用場景,。
鈦深科技向高工鋰電分享到,，團(tuán)隊的目標(biāo)是做中國自主知識產(chǎn)權(quán)的壓力監(jiān)測工具，讓其成為新一代動力電池行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施,，打通電池全生命周期,，賦能產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)，最終可以影響全球,，從而使電池監(jiān)測系統(tǒng)和動力電池一樣,，成為中國領(lǐng)跑國際新能源賽道的一張名片。
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